劉華官

摘 要：文中介紹使用六西格瑪設(shè)計（DFSS）方法來生成純電動敞篷車軟頂系統(tǒng)的低成本設(shè)計方案。根據(jù)六西格瑪設(shè)計方法論，確定用戶，建立用戶場景體系，系統(tǒng)的識別用戶需求，由用戶需求轉(zhuǎn)化為功能需求，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為技術(shù)參數(shù)指標(biāo)。采用功能分析工具系統(tǒng)的識別出技術(shù)系統(tǒng)中的改進(jìn)機(jī)會，根據(jù)成本分析確認(rèn)重點(diǎn)研究對象，根據(jù)改進(jìn)機(jī)會和研究對象生成概念方案。用普氏分析結(jié)合技術(shù)參數(shù)指標(biāo)生成最優(yōu)的技術(shù)方案，達(dá)到降本目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：六西格瑪設(shè)計 敞篷車 軟頂系統(tǒng) 功能分析

Research and Development of Pure Electric Convertible Soft Top System based on Design for Six Sigma （DFSS）

Liu Huaguan

Abstract：This paper introduces the use of Design Six Sigma （DFSS） to generate a low-cost design scheme for a pure electric convertible soft-top system. According to the Six Sigma methodology， the study identifies users， establishes a user scenario system， systematically identifies user needs， converts user needs into functional requirements， and then converts them into technical parameter indicators. The improvement opportunities in the technical system are identified by the functional analysis tool system， the key research objects are confirmed according to the cost analysis， and the conceptual scheme is generated according to the improvement opportunities and research objects， using platts analysis combined with technical parameter indicators to generate the optimal technical solution to achieve the goal of cost reduction.

Key words：six sigma design， convertible car， soft top system， functional analysis

1 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來中國汽車制造業(yè)增勢迅猛，中國于2011年汽車銷量，達(dá)1850萬輛，超越美國成為全球最大的汽車市場[1]。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，中國汽車市場日漸成熟，已經(jīng)進(jìn)入較為成熟的消費(fèi)時代。Z世代汽車消費(fèi)者，開始追求個性、自由、時尚和無窮的駕駛樂趣等。一款高性價比的敞篷車成為了Z世代汽車消費(fèi)追求最好選擇，2021年上海車展五菱宏光MINI敞篷概念車的火爆場面，無疑證明了這一點(diǎn)。

2013年開始，各大國外廠商的敞篷車紛紛登陸中國市場，搶占中國市場。2013 年開始，國外汽車廠商的敞篷車紛紛登陸中國市場，搶占中國市場。如寶馬、奧迪和奔馳等品牌，車輛價格從數(shù)百萬元逐漸覆蓋至幾十萬元，由奢侈逐漸向平民化轉(zhuǎn)變，市場規(guī)模也越來越大。市場的火爆需求對中國自主品牌汽車廠商來說是一個巨大的機(jī)遇，然而國內(nèi)自主品牌還未有量產(chǎn)的軟頂敞篷車，主要原因是敞篷技術(shù)被外資牢牢掌控，若采用進(jìn)口外資技術(shù)，敞篷軟頂系統(tǒng)成本將無法下降，會使整車成本失去競爭優(yōu)勢。如何設(shè)計和開發(fā)出一款成本可控、擁有自主產(chǎn)權(quán)且滿足用戶需求的敞篷軟頂系統(tǒng)，將是每一個想做敞篷汽車的車企面臨的難題。

本文采用六西格瑪設(shè)計（DFSS）方法論，按照IDDOV的流程[2]，進(jìn)行敞篷車軟頂系統(tǒng)的整體設(shè)計和開發(fā)，既要滿足用戶的需求，也要掌握自主知識產(chǎn)權(quán)和實現(xiàn)低成本目標(biāo)。

2 項目設(shè)計開發(fā)流程和方案

2.1 識別階段（I）

識別階段主要確定研究對象，以及確定目標(biāo)值。

2.1.1 確定研究對象

采用樹圖工具，確定研究對象（如圖1）。從整車開始往下分解。由于該車型的軟頂系統(tǒng)為該市場的贏點(diǎn)和消費(fèi)者的興奮型需求，且為四新零件（新零件、新材料、新工藝、新供應(yīng)商），故將該項目的項目范圍確定在軟頂系統(tǒng)，包含篷布系統(tǒng)、多連桿系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、內(nèi)飾裝飾系統(tǒng)、鎖系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)以及控制傳感器系統(tǒng)等零件。

2.1.2 確定項目目標(biāo)

該項目目標(biāo)主要為降低零部件成本。

采用DCD（設(shè)計概念描述）和標(biāo)桿分析，確認(rèn)目標(biāo)值。按目前的概念方案，對零部件成本進(jìn)行工程分析，并對行業(yè)標(biāo)桿車進(jìn)行工程成本分析。將目前方案成本與行業(yè)對標(biāo)車成本進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)成本有很大的優(yōu)化空間。 將E敞篷車與標(biāo)桿成本均值差值A(chǔ)的50%再加上對標(biāo)車的均值，定義為降本目標(biāo)值（如圖2，目標(biāo)值=對標(biāo)均值+0.5A）。從圖2可以看出，降本目標(biāo)值為成本降低31%以上。

2.2 定義階段（D）

定義階段主要是用戶需求，并轉(zhuǎn)化為功能需求和關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)指標(biāo)。

2.2.1 確認(rèn)用戶需求

首先全面系統(tǒng)的收集客戶。分別從外部客戶、內(nèi)部客戶、政府制度三大方面把客戶進(jìn)行分類。其中外部客戶主要指消費(fèi)者;內(nèi)部客戶主要包括產(chǎn)品工程師、采購工程師、造型色彩工程師、制造工程師、售后工程師等。政府制度主要客戶包括政府法規(guī)要求。

接著收集不同類型客戶的聲音。這三類客戶中內(nèi)部客戶和政府制度類最容易收集，內(nèi)部客戶采用技術(shù)接口單（ICD）和制造要求單（MR）等內(nèi)部流程方式收集;政府法規(guī)類主要是滿足汽車行業(yè)相關(guān)法規(guī)即可;而消費(fèi)者的客戶聲音最難系統(tǒng)收集。為此，建立用戶場景體系，從購車到車輛報廢全生命周期，從走近車輛、用車、停車、停放充電等全場景，從晴天到雨天、下雪天等全氣候，從洗車、改裝到維修等全服務(wù)場景等，進(jìn)行系統(tǒng)分析調(diào)研和收集用戶的聲音（如圖3）。

2.2.2 用戶需求轉(zhuǎn)化為功能定義

通過質(zhì)量屋工具，將用戶需求轉(zhuǎn)化為軟頂系統(tǒng)的功能。先在質(zhì)量屋的左墻寫用戶需求并給重要度打分（按1、2、3、4、5分打分，分值越高重要度越高），再在天花板上對產(chǎn)品的功能進(jìn)行展開，接著在房間按關(guān)聯(lián)度打分（1、3、5、7、9，分值越高關(guān)聯(lián)性越強(qiáng)），然后計算各功能特性的總得分并排序（功能得分計算方法，每項用戶需求重要度乘以關(guān)聯(lián)度，再將各項乘積相加求和），最后將在屋頂填寫各功能的相關(guān)性。通過質(zhì)量屋可以得到，各功能的重要性排序（如圖4），并可得出，用戶關(guān)注的前五位功能為成本要求、耐久可靠性、感知質(zhì)量要求、防水性能和外觀造型，這五大功能為重點(diǎn)關(guān)注項。

2.2.3 將功能轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

通過質(zhì)量屋工具，將用戶需求的系統(tǒng)功能轉(zhuǎn)化為軟頂系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。先在質(zhì)量屋的左墻寫系統(tǒng)并給重要度打分（按1、2、3、4、5分打分，功能排序按五檔進(jìn)行劃分，排在前20%檔位的功能重要度定義為5分，后序檔位依次定義為4、3、2、1分）。再在天花板上對系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行展開，接著在房間按關(guān)聯(lián)度打分（1、3、5、7、9，分值越高關(guān)聯(lián)性越強(qiáng)），然后計算各參數(shù)的總得分并排序（功能得分計算方法，每項用戶需求重要度乘以關(guān)聯(lián)度，再將各項乘積相加求和），最后將在屋頂填寫各功能的相關(guān)性。通過參數(shù)排序可以發(fā)現(xiàn)，用戶關(guān)注的前五位功能為工程成本、品質(zhì)質(zhì)量、整車評審得分（SUSA）、軟頂操作耐久和路試耐久，這五大功能為重點(diǎn)關(guān)注項（如圖5）。針對這5項重點(diǎn)關(guān)注項，制定不低于競品車的技術(shù)指標(biāo)值。

2.3 開發(fā)階段（D）

通過TRIZ的功能分析工具找出技術(shù)系統(tǒng)的改進(jìn)機(jī)會，通過成本分析找到技術(shù)系統(tǒng)的降本重點(diǎn)研究對象，根據(jù)這些改進(jìn)機(jī)會和研究對象生成概念方案。采用普氏工具分析，找到最優(yōu)的整體開發(fā)技術(shù)方案。

2.3.1 組件分析

通過系統(tǒng)框圖分析，確定軟頂系統(tǒng)的具體研究對象和整個系統(tǒng)邊界[3]。先將多連桿系統(tǒng)、篷布系統(tǒng)、集水盒、后擋玻璃、線束、控制模塊、防滾架總成等定義為技術(shù)系統(tǒng)，為研究對象。然后將與軟頂系統(tǒng)有關(guān)聯(lián)的定義為超系統(tǒng)組件，如：車頂前端、頂蓋上飾板、頂蓋前橫梁、前橫梁密封條、A柱上飾板、側(cè)門玻璃、玻璃密封條、B柱接角、頂襯支架側(cè)飾板、B柱下飾板、地毯、后地板、左側(cè)圍、右側(cè)圍、陽光、水、風(fēng)、冰雹、砂石、灰塵等（如圖6）。

2.3.2 相互作用分析

將找到的所有組件進(jìn)行相互作用分析，找到組件之間的相互關(guān)系。先所有組件按行和列分別列成表格，在行和列交叉的格子里面填寫二者的關(guān)系，“+”代表二者之間有接觸、有相互作用，“-”代表二者之間無相互接觸、無相互作用（如圖7）。

2.3.3 功能分析

按照相互作用分析得出來的結(jié)果，針對標(biāo)”+”號的組件進(jìn)行功能分析。并將功能按有用-充分、有用-不足、有用-過度和有害功能進(jìn)行分類，后三種功能為重點(diǎn)關(guān)注對象。從功能分析可以發(fā)現(xiàn)，頂蓋前橫梁對鎖系統(tǒng)的定位功能為有用-不足功能，驅(qū)動系統(tǒng)與多連桿系統(tǒng)的移動功能有用-不足功能，控制傳感器系統(tǒng)與驅(qū)動系統(tǒng)傳遞電流（信號）功能與車身控制模塊與驅(qū)動系統(tǒng)傳遞電流（信號）重復(fù)，為有用-過度功能（如圖8）。與這些不足和過度功能相關(guān)的零部件，即為重點(diǎn)研究對象：頂蓋前橫梁、鎖系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、多連桿系統(tǒng)、車身控制模塊和控制傳感器系統(tǒng)。

2.3.4 成本分析

按目前設(shè)計方案、項目規(guī)劃的總產(chǎn)量以及供應(yīng)鏈的初步報價，對軟頂系統(tǒng)的零件單車成本進(jìn)行分類，并按百分比進(jìn)行排序。從圖9可看出占80%成本的類別為知識產(chǎn)權(quán)費(fèi)、物料費(fèi)用和工裝模具費(fèi)，這類成本為重點(diǎn)研究對象。

按零件的成本占比進(jìn)行排序。從圖10可以看出，多連桿系統(tǒng)、篷布系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)的成本之和占比超過80%，也是重點(diǎn)研究對象。

2.3.5 生成概念方案

從功能分析和成本分析中確定研究對象，生成以降本為目標(biāo)的技術(shù)概念方案。根據(jù)2.3.3中的前頂前橫梁對鎖系統(tǒng)的定位功能不足問題生成了方案1和方案2：分別通過更改鎖頭定位結(jié)構(gòu)和鎖扣形式，還增加容差能力，降低對制造和多連桿系統(tǒng)剛度的要求;通過驅(qū)動系統(tǒng)對多連桿系統(tǒng)移動功能不足問題，生成了方案3：更改多連桿運(yùn)動受力位置，降低對驅(qū)動系統(tǒng)負(fù)載壓力值，從而降低對驅(qū)動系統(tǒng)的要求;針對2.3.3中分析出來的控制傳感器系統(tǒng)和車身控制模塊對傳遞電流的功能過度問題，生成了方案4：將控制系統(tǒng)的功能集成在車身控制模塊上，減少零部件從而降低成本;根據(jù)2.3.4成本分析確定的知識產(chǎn)權(quán)費(fèi)用占比大問題，生成了方案5：自主設(shè)計開發(fā)軟頂系統(tǒng)，分析研究專利并規(guī)避專利的開發(fā)策略;針對物料成本問題，生成了方案6：采用原材料替你策略，尋找各零部件材質(zhì)替換方案;針對工裝成本問題，生產(chǎn)了方案7：工裝夾具按小批量壽命要求，尋找材質(zhì)替換文案 ;針對篷布系統(tǒng)成本問題，采用國產(chǎn)化策略方案。各方案匯總?cè)鐖D11所示。

2.3.6 確認(rèn)最優(yōu)技術(shù)概念方案

對生成的概念方案進(jìn)行整理，可發(fā)現(xiàn)方案5和方案8為策略方案，其余為技術(shù)方案。由于方案5在成本類別中為對成本的影響排在第一位，方案8在成本按零件排序中占比在80%以內(nèi)，故首先選定。其余技術(shù)方案通過普氏分析工具進(jìn)行評價（如圖12）。將方案1作為基礎(chǔ)方案，其余方案作為被評價方案。將2.2.3識別出來的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)指標(biāo)作為評價指標(biāo)，對各方案進(jìn)行比較評價。與基礎(chǔ)方案相同的標(biāo)示“S”，比基礎(chǔ)方案差的評價項標(biāo)示“-”，比基礎(chǔ)方案好的項目標(biāo)示“+”。從結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，各方案工程成本都有優(yōu)勢，但均有不同的缺點(diǎn)。這些標(biāo)“-”的缺點(diǎn)需要重點(diǎn)關(guān)注，詳細(xì)設(shè)計和DFMEA分析時要有對應(yīng)的對策。

最終，基于成本目標(biāo)考慮，這些概念方案生成了方案9（即：方案9=方案1+方案2+方案3+方案4+方案5+方案6+方案7+方案8）。

2.4 優(yōu)化階段（O）

對詳細(xì)的系統(tǒng)方案，進(jìn)行CAE分析，以驗證技術(shù)方案是否滿足2.2.3識別出來的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)指標(biāo)。

最終驗證，技術(shù)指標(biāo)均達(dá)標(biāo)，如圖13針對剛度的CAE分析結(jié)果。

2.5 驗證階段（V）

在驗證階段，主要工作是對OTS零件進(jìn)行生產(chǎn)驗證、功能驗證、可靠性驗證以及整車的耐久道路測試，目前均已達(dá)標(biāo)。

最后，計算此軟頂系統(tǒng)的成本，與最初定義的目標(biāo)成本是否達(dá)標(biāo)。從圖14可知，實際成本值已低于目標(biāo)值，降低了37.5%，目標(biāo)（≥31%）達(dá)成。

3 結(jié)語

針對敞篷車軟頂系統(tǒng)的降本問題，首先運(yùn)用DFSS的用戶分析工具，系統(tǒng)的識別用戶需求并轉(zhuǎn)化功能需求和關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。再用TRIZ工具的功能分析，系統(tǒng)的識別出軟頂系統(tǒng)中的降本機(jī)會，從而產(chǎn)生降本的概念方案。最后用關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)作為評價指標(biāo)，采用普氏分析工具，對降本概念方案進(jìn)行篩選，確認(rèn)最優(yōu)技術(shù)方案。運(yùn)用DFSS的方法論能系統(tǒng)的產(chǎn)生最優(yōu)成本技術(shù)方案，為行業(yè)內(nèi)敞篷汽車的開發(fā)提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]回玉梅.2012年汽車市場趨勢分析[J].市場研究，2012（05）：26-28.

[2]中國質(zhì)量協(xié)會組織編寫/何楨主編，《六西格瑪管理》-3版，-北京：中國人民大學(xué)出版社，2014.6中國質(zhì)量協(xié)會六西格瑪黑帶注冊考試指定輔導(dǎo)教材.